現(xiàn)代制造技術(shù)2

§2.2設(shè)計方法學(xué)

一、工程設(shè)計的內(nèi)容1.產(chǎn)品規(guī)劃進(jìn)行待開發(fā)產(chǎn)品的需求分析、市場預(yù)測、可行性分析，確定設(shè)計參數(shù)和制約條件，最后提出詳細(xì)的設(shè)計任務(wù)書，作為設(shè)計、評價和決策的依據(jù)。2.方案設(shè)計用系統(tǒng)化設(shè)計方法在功能分析的基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新構(gòu)思，優(yōu)化篩選，求取較理想的功能原理方案，列表給出原理參數(shù)，并作出新產(chǎn)品的功能原理方案圖。3.技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計是把新產(chǎn)品的最優(yōu)原理方案具體化。4.施工設(shè)計施工設(shè)計是把技術(shù)設(shè)計的結(jié)果變成加工過程所需的技術(shù)文件。在以上工程設(shè)計中應(yīng)盡可能地實現(xiàn)CAD/CAM一體化，從而縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。二、功能分析法功能：指產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)的用途或所具有的特定工作能力。功能分析法：產(chǎn)品設(shè)計過程中探尋功能原理的主要方法。功能分析法的設(shè)計步驟和各階段應(yīng)用的主要方法：

1.總功能分析總功能分析目的：研究確定待求系統(tǒng)的功能。總功能分析方法：黑箱法（根據(jù)系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能的一種方法）。

2.功能分解總功能可分解為：功能二級功能…功能元可用功能樹表示：

樹根：總功能樹枝：分功能樹葉：功能元例：行走式挖掘機總功能是取運物料，功能樹如下：

3.功能元求解功能元求解方法：

創(chuàng)造性方法參考有關(guān)資料或利用各種創(chuàng)造性方法開闊思路去探尋解法。

解法目錄把能實現(xiàn)某種功能的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起形成一種表格或分類資料。如圖所示：

4.求解系統(tǒng)原理解將各功能元解進(jìn)行合理組合，就可以得到系統(tǒng)的多個原理解。進(jìn)行功能元解的組合常用方法：形態(tài)綜合法如表2-2示

5.求解最優(yōu)原理方案在眾多方案中要尋求出最優(yōu)或最滿意的原理方案。

1）首先進(jìn)行粗篩選把與設(shè)計要求不符的或各功能元解不相容的方案去除

2）定性選擇幾個比較滿意的方案

3）對篩選出的方案進(jìn)行定量評價，選出符合設(shè)計要求的最佳方案。功能分析法的優(yōu)點：設(shè)計步驟明確，規(guī)律性強，有利于采用計算機進(jìn)行設(shè)計，有利于提高設(shè)計質(zhì)量和效率?！?.3產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計

一、概述

創(chuàng)新設(shè)計旨在提供有重要社會價值的新穎獨特的設(shè)計成果。創(chuàng)新是設(shè)計的本質(zhì)，也是設(shè)計活動的最高目標(biāo)。創(chuàng)新可分為：技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、銷售創(chuàng)新、售后服務(wù)創(chuàng)新等。在制造業(yè)中，產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新分為兩類：（1）無重要新技術(shù)，但在形式上翻新（2）開發(fā)了重要新技術(shù)二、創(chuàng)新與設(shè)計思維創(chuàng)造性思維具有兩種形式：

直覺思維一種在下意識狀態(tài)下，對事物內(nèi)在復(fù)雜關(guān)系突發(fā)式的領(lǐng)悟過程，具有創(chuàng)造靈感忽然降臨的色彩。

邏輯思維以抽象的的概念和推論為形式的思維方式，是認(rèn)識過程中用反映事物共同屬性和本質(zhì)屬性的概念作為基本思維方式，在概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷、推理、反映現(xiàn)實的一種思維方式。實際上，大量的創(chuàng)造過程是這兩種思維方式交叉和綜合的結(jié)果。1.創(chuàng)新思維法則創(chuàng)造學(xué)建立了促發(fā)創(chuàng)造思維的一些法則，作為外部因素的有：（1）激發(fā)創(chuàng)造激情（2）增強信息獲取方式（3）促進(jìn)知識融合在技術(shù)性的創(chuàng)新設(shè)計中，常用的有如下幾種思維方式：（1）分析與綜合思維是最基本的創(chuàng)造思維過程（2）收斂與發(fā)散式思維（設(shè)立目標(biāo)、途徑；）（3）對應(yīng)與聯(lián)想式思維（4）離散與組合式思維（5）換元與移置式思維（6）正向、迂回與反向思維2.創(chuàng)新技法1)智暴法一種讓智慧象山洪一樣爆發(fā)的方法。人員來自不同領(lǐng)域、思想活躍規(guī)定不允許否定或批評對方適用求解產(chǎn)品設(shè)計原理方案2）635法由智暴法進(jìn)一步發(fā)展而成（書面集智法）。參加人數(shù)6人每人寫出3個解每個人的解由其他5個人補充或發(fā)展3）陳列法前提條件與小組構(gòu)成與智暴法相同特點設(shè)想用圖示加文字描述，結(jié)果按畫廊式陳列適用結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新。4）哥頓法用抽象類比思維方式開發(fā)創(chuàng)造活動的方法。不宣布要討論的具體內(nèi)容，而是把問題抽象化提交與會者討論。(例：把問題抽象為“打開東西有什么辦法？”引導(dǎo)與會者無約束地進(jìn)行思考。5）提問追溯法該法圍繞老產(chǎn)品有針對性地、系統(tǒng)地提出各種問題，通過提問發(fā)現(xiàn)原產(chǎn)品設(shè)計、制造、營銷等環(huán)節(jié)的不足之處，找出需要和應(yīng)該改進(jìn)之點，獲得解決問題的辦法和設(shè)想。

*5W2H法

Why：為什么要設(shè)計該產(chǎn)品？采用何種總體布局？What：該產(chǎn)品有何功能？有那些方法可用于這種設(shè)計？是否需要創(chuàng)新？Who：該產(chǎn)品用戶是誰？誰來設(shè)計？When：什么時候完成該設(shè)計？各設(shè)計階段時間怎樣劃分？Where：該產(chǎn)品用于何處？在何處生產(chǎn)？Howtodo：怎樣設(shè)計？結(jié)構(gòu)/材料/形態(tài)如何？Howmuch：生產(chǎn)多少？費用多少？*奧斯本設(shè)問法：

轉(zhuǎn)化：該產(chǎn)品能否稍作改動或不改動而有其他用途？引伸：能否從該產(chǎn)品中引出其他產(chǎn)品，或用其他產(chǎn)品模仿該產(chǎn)品？變動：能否對該產(chǎn)品進(jìn)行某些改變，如運動、結(jié)構(gòu)、造型、工藝等？放大：該產(chǎn)品放大（加厚、變長）后如何？縮?。涸摦a(chǎn)品縮小（變薄、縮短）后如何？顛倒：能否反正（上下、前后）顛倒使用？替代：能否用其他產(chǎn)品替代該產(chǎn)品？或部分替代該產(chǎn)品？如更換材料、工藝等。重組：零件能否互換。組合：現(xiàn)有的幾個產(chǎn)品能否組合成一個新的產(chǎn)品？如何組合（整體、零部件、功能、材料、原理等）三、人的創(chuàng)造力

創(chuàng)造性人才的五個特征：

1.精神素質(zhì)一個富于創(chuàng)新的人必須充滿創(chuàng)造的激情，為創(chuàng)造廢寢忘食2.懷疑精神不為眼前的現(xiàn)象所迷惑，不為前人的結(jié)論所束縛，勇于提出不同的看法，大膽設(shè)想，沖破傳統(tǒng)3.強烈的求知欲望和很強學(xué)習(xí)能力凡富于創(chuàng)造的人都是發(fā)奮學(xué)習(xí)的人，也是具有很強學(xué)習(xí)能力的人。只有這樣，才能積累創(chuàng)造所需的豐富知識。4.勇于實踐創(chuàng)造是一個艱苦的過程，需要在實踐中經(jīng)歷反復(fù)的實驗與失敗，需要具有解決實際問題的能力5.群體能力在科學(xué)高度發(fā)展的今天，大多數(shù)創(chuàng)造活動都是群體活動，如果過去科學(xué)園區(qū)里充滿個人的塑像，那21世紀(jì)將是為群體塑像的時代。善于聯(lián)合集體的智慧，具有群體工作藝術(shù)，將是創(chuàng)造能力的重要組成部分

§2-4其他先進(jìn)設(shè)計技術(shù)

一、快速響應(yīng)設(shè)計技術(shù)1.提出背景2.快速響應(yīng)工程的含義（1）建立快速捕捉市場動態(tài)需求信息的決策機制（2）實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計（3）追求產(chǎn)品的快速試制定型（4）推行快速響應(yīng)的生產(chǎn)體系3.快速響應(yīng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù).實現(xiàn)快速響應(yīng)設(shè)計的關(guān)鍵，是有效利用各種信息資源。3.快速響應(yīng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù).產(chǎn)品及制造系統(tǒng)均由物質(zhì)、能量和信息三大要素組成。信息的特點：虛、存儲性好、滲透力強、處理方便、共享性極佳。實現(xiàn)快速響應(yīng)設(shè)計的關(guān)鍵，是有效利用各種信息資源：軟件、產(chǎn)品信息、制造信息、間接信息等計算機及信息技術(shù)是快速響應(yīng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。4.用變型設(shè)計實現(xiàn)快速響應(yīng)設(shè)計的策略變型設(shè)計即通過對成熟產(chǎn)品的變型設(shè)計，以充分利用企業(yè)的產(chǎn)品信息資源，最大限度地控制新零件的種類和數(shù)量，并在加快整個生產(chǎn)周期的同時，有效地控制成本和保證質(zhì)量。變型設(shè)計的要點：

1）重組企業(yè)工作流程（創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)、變型產(chǎn)品設(shè)計）

2）重組企業(yè)產(chǎn)品信息（少新零件，多新產(chǎn)品）

3）建立集成的關(guān)系型產(chǎn)品模型和跨功能的并行工作環(huán)境，來支持快速變形設(shè)計。（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重組）二、工業(yè)設(shè)計技術(shù)工業(yè)設(shè)計是一項綜合性的規(guī)劃活動，是一門技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的學(xué)科,同時受環(huán)境/社會形態(tài)、文化觀念以及經(jīng)濟等多方面的制約和影響,即工業(yè)設(shè)計是功能與形式、技術(shù)與藝術(shù)的統(tǒng)一,工業(yè)設(shè)計的出發(fā)點是人,設(shè)計的目的是為人而不是產(chǎn)品,工業(yè)設(shè)計必須遵循自然與客觀的法則來進(jìn)行.這三項明確地體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計強調(diào)“用”與“美”的高度統(tǒng)一，“物”與“人”的完美結(jié)合，把先進(jìn)的技術(shù)科學(xué)和廣泛的社會需求作為設(shè)計風(fēng)格的基礎(chǔ)，概而言之，工業(yè)設(shè)計的主導(dǎo)思想以人為中心，著重研究“物”與“人”之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

從技術(shù)領(lǐng)域的角度看，工業(yè)設(shè)計是解決人造物與人之間的關(guān)系問題。工業(yè)設(shè)計技術(shù)是從工業(yè)產(chǎn)品美學(xué)的角度來考慮產(chǎn)品的宜人性。工業(yè)設(shè)計技術(shù)是指一個構(gòu)思與表達(dá)的過程，設(shè)計構(gòu)思是受市場營銷學(xué)、普通心理學(xué)、消費心理學(xué)、人機工程學(xué)、技術(shù)美學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)等因素的約束形成的。表達(dá)技法：簡單、傳統(tǒng)的手工繪制效果圖、外觀模型；復(fù)雜的計算機輔助設(shè)計效果圖；電子模型和快速成型方式完成的精確效果模型。1.工業(yè)設(shè)計師的性質(zhì)

工業(yè)設(shè)計師即不是單純的藝術(shù)家，也不是單純的工程師。藝術(shù)家們創(chuàng)造的是精神產(chǎn)品，他們用視覺形象表達(dá)對世界的認(rèn)識，運用藝術(shù)這一人與人之間信息交往的工具，它研究的對象是人。而工程師研究的是物質(zhì)運動、物與物之間的相互關(guān)系，兩者各有其側(cè)重。而工業(yè)設(shè)計師則是融現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)為一體，為人類創(chuàng)造新的、美好的生活方式和工作環(huán)境。因此他即要研究人的行為、人的需求，人與物之間的關(guān)系又要掌握現(xiàn)代科技，了解產(chǎn)品的生產(chǎn)工序，探討市場的發(fā)展前景，是一門相對獨立的、別的學(xué)科所不能替代的一門新興學(xué)科。

2.工業(yè)設(shè)計的要素

工業(yè)設(shè)計有別與其它藝術(shù)設(shè)計和工科專業(yè)。因為，工業(yè)設(shè)計的產(chǎn)品以機械化、大批量的形式出現(xiàn)，必須體現(xiàn)出產(chǎn)品所具有的物質(zhì)和精神的雙重性質(zhì)，達(dá)到適用、美觀、經(jīng)濟的三大要素。因此要求工業(yè)設(shè)計師的知識結(jié)構(gòu)也必須是雙重的、多元的.(1)使用功能是工業(yè)設(shè)計的第一要素

功能反映人的需求，這種需求既有物質(zhì)的需求又有精神的需求。物質(zhì)的需求即使用功能，它是第一性的，是設(shè)計中的首要解決的課題。精神的需求即視覺、聽覺等感官的需求，它是建立在物質(zhì)需求的基礎(chǔ)上更上一個層次的需求，屬于第二性的。這兩種功能如何更好的協(xié)調(diào)統(tǒng)一是工業(yè)設(shè)計師所要著重解決的。

作為一名工業(yè)設(shè)計師就必需具備以下的科學(xué)技術(shù)知識才能滿足設(shè)計的需要，也是設(shè)計師所必備的基礎(chǔ)。

制圖學(xué)：掌握設(shè)計施工語言。

材料學(xué)：掌握材料的性能、加工形式和表面處理方法。

設(shè)計力學(xué)：熟悉力的作用和傳遞。

材料學(xué)：掌握材料的性能、加工形式和表面處理方法。

設(shè)計力學(xué)：熟悉力的作用和傳遞。

加工工藝學(xué)：各種機械的使用方法、加工工藝的程序和特點。

人體工學(xué)：研究人的生理特征，諸如人體尺度、動作分析、視聽覺分析等。

計算機輔助設(shè)計：幫助分析、研究設(shè)計。

除了要熟知上述的知識外，還需具備一定的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)基礎(chǔ)。很顯然，一個工業(yè)設(shè)計師在科技方面掌握的知識越多，接受新知識的能力越強，設(shè)計的路子就越寬廣，創(chuàng)造能力越強，成功率就越高。

(2)審美功能是工業(yè)設(shè)計的第二要素

審美功能即精神功能，任何設(shè)計在滿足了物質(zhì)功能即使用功能的基礎(chǔ)上，必須滿足人們的審美情趣才具有生命力。單純追求物質(zhì)功能的產(chǎn)品，只能是工作原理的物化而談不上美，在市場經(jīng)濟的變革中是沒有競爭力的，因為人們總是以美的形式法則來創(chuàng)造世界、審視世界的。形式反映內(nèi)容，反過來也作用于內(nèi)容，兩者是相輔相成的。形式與內(nèi)容永遠(yuǎn)是矛盾的統(tǒng)一體的關(guān)系、不是固定的僵死的，否則設(shè)計出來的產(chǎn)品將會千人一面，缺乏個性和人情味。

作為工業(yè)設(shè)計師，提高審美意識,正確掌握和靈活運用藝術(shù)造型法則。必須具備以下的知識：

繪畫造型基礎(chǔ)、素描和速寫的寫生能力、默寫能力。

色彩的設(shè)計、色彩的構(gòu)成和色彩的運用能力。

藝術(shù)設(shè)計基礎(chǔ)：形態(tài)設(shè)計、平面構(gòu)成和立體構(gòu)成的能力等。

隨著人類社會的進(jìn)步和發(fā)展，人們的審美心理能力也在不斷的變化提高。工業(yè)設(shè)計師必須把握時代的脈搏，提高自身的文化藝術(shù)修養(yǎng)，緊跟時代發(fā)展的步伐，接受新生事物，站在時代發(fā)展的前沿。另一方面，由于工業(yè)設(shè)計受到當(dāng)?shù)匚幕铜h(huán)境的制約，所服務(wù)的對象不同，各民族各地區(qū)的宗教信仰不同，因而，他們的審美標(biāo)準(zhǔn)就差異甚遠(yuǎn)。這也給工業(yè)設(shè)計師們提出了另一個課題，要求設(shè)計師必須具備一定的歷史知識、了解各民族的傳統(tǒng)和人文常識，從中找出其結(jié)合點，才能設(shè)計出符合特定環(huán)境要求的優(yōu)秀作品。

(3)經(jīng)濟性是工業(yè)設(shè)計的第三要素

工業(yè)設(shè)計作為一種產(chǎn)品的形式出現(xiàn)，必然要通過市場來反映出它存在的價值，按照經(jīng)濟的規(guī)律來評判其價值的高低。因而，設(shè)計師在進(jìn)行設(shè)計構(gòu)思前，必須針對社會和需求、先進(jìn)和落后、風(fēng)格和特點、材質(zhì)和工藝進(jìn)行市場調(diào)研，同時利用價值工程學(xué)的專門知識、和科學(xué)管理的方法、以及工藝流程的基本常識，來研究產(chǎn)品價值和成本的關(guān)系。選擇最合適的材料、結(jié)構(gòu)和施工形式，從而降低成本取的最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，工業(yè)設(shè)計師又必須具備：

銷售學(xué)、價值工程學(xué)和包裝、廣告設(shè)計等方面的知識和能力。

設(shè)計者必須懂一些合同法、銷售法以及產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范、減少失誤，最大限度地為企業(yè)和社會創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

3.與工業(yè)設(shè)計相關(guān)的其他要素

(1)理論知識藝術(shù)概論、設(shè)計方法論、設(shè)計心理學(xué)、藝術(shù)設(shè)計史論（包括建筑史）、市場學(xué)、價值工程學(xué)等學(xué)科就成了工業(yè)設(shè)計師的必修課程。(2)

各種能力的培養(yǎng)

第一.表達(dá)能力的培養(yǎng)：表達(dá)能力分圖示表達(dá)能力、文字和語言表達(dá)能力。第二.創(chuàng)造能力的培養(yǎng)(設(shè)計是一種創(chuàng)造行為，創(chuàng)造性是設(shè)計的生命。設(shè)計師的創(chuàng)造性是建立在扎實的系統(tǒng)理論和廣泛的知識積累的基礎(chǔ)之上。也可以說創(chuàng)造力是一種超凡的理解力、洞察力和想象力，它不被已有的東西所約束，是人類先天所賦予，通過后天的培養(yǎng)而發(fā)展的。因而，創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)是非常重要的，它是衡量一個工業(yè)設(shè)計師是否優(yōu)秀的標(biāo)尺，也是選拔設(shè)計人材的依據(jù)。)4.綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是本世紀(jì)對工業(yè)設(shè)計師最高層次的要求5.工業(yè)設(shè)計師知識結(jié)構(gòu)的組成應(yīng)與市場經(jīng)濟的發(fā)展相適應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)：產(chǎn)品形象技術(shù)及CAD

產(chǎn)品造型技術(shù)及CAD

色彩設(shè)計技術(shù)快速成型技術(shù)造型工程技術(shù)人機工程技術(shù)三、全壽命周期設(shè)計技術(shù)設(shè)計產(chǎn)品的全壽命周期，考慮產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計、制造、經(jīng)銷、運行、使用、維修、保養(yǎng)直到再處置的全過程。以求產(chǎn)品全壽命周期的綜合優(yōu)化。最終目的：實現(xiàn)綜合最優(yōu)方法和手段：并行設(shè)計重要組成內(nèi)容：面向制造的設(shè)計(加工、拆裝、檢測、試驗、維修、回收)技術(shù)關(guān)鍵：產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理特點：集成性四、虛擬設(shè)計技術(shù)